铁碳合金的组织与性能
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实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析1.1典型铁碳合金的平衡组织观察与分析一、实验目的1．通过实验能识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2．掌握碳含量对铁碳合金平衡组织形貌及相组成比例的影响。
二、实验原理简介利用金相显微镜观察金属的内部组织和缺陷的方法称为显微分析（或金相分析）。
合金在极其缓慢的冷却条件（如退火状态）下所得到的组织称为平衡组织。
铁碳合金平衡组织的观察与分析，要依据Fe-Fe3C相图来进行。
1．室温下铁碳合金基本组织特征（1）铁素体（F）铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现白亮色多边形晶粒。
在亚共析钢中，铁素体呈块状分布，当合金的含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体晶界上。
（2）渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的一种化合物。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下为白亮色；若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈暗黑色，而铁素体仍为白亮色，由此可以区别铁素体和渗碳体。
由于铁碳合金的成分和形成条件不同，渗碳体可以呈现不同的形状,一次渗碳体是由液相中直接结晶出来，呈板条状游离分布；二次渗碳体是从奥氏体中析出的，呈网状分布在珠光体晶界上；三次渗碳体是从铁素体中析出，呈窄条状分布在铁素体晶界上。
（3）珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的两相复合物。
在平衡状态下，它是由铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，铁素体和渗碳体皆为白亮色，而两相交界呈暗黑色线条。
在不同的放大倍数下观察时，组织特征有所区别。
如在高倍（600倍以上）下观察时，珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而两相交界为暗黑色；在中倍（400倍左右）下观察时，白亮色的渗碳体被暗黑色交界所“吞食”，而呈现为细黑条，这时看到的珠光体是宽白条铁素体和暗黑细条渗碳体的相间复合物；在低倍（200倍以下）下观察时，无论是宽白条的铁素体还是暗黑细条的渗碳体都很难分辨，这时珠光体呈现暗黑色块状组织。
2-5_铁碳合金的组织与状态图
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
4.3%C
6.69%C Fe3C
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+Fe3C
A +Fe3C
P +Fe3C
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
过共析钢组织金相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
共晶白口铁组织金相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金相图
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
过共晶白口铁组织金相图
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
4.3%C
6.69%C Fe3C
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+Fe3C
A +Fe3C
P +Fe3C
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
过共析钢组织金相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
共晶白口铁组织金相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金相图
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
过共晶白口铁组织金相图
《金属材料与热处理》第四章铁碳合金
34
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
31
学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
29
学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
30
学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
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学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
第三节 铁碳合金及相图
3） Fe-Fe3C相图相区分析：
包括： （1）液相区： （2）液、固两相区： （3）固相区： 也包括： （1） 单相区：L、F、A、Fe3C （2） 两相区：L+A、L+ Fe3C、A+F、F+ Fe3C （3） 三相区：Le+A+ Fe3C、P+Le’+ Fe3C
简化后的Fe-Fe3C状态图
G Q
S
FP
Fe3 C K
4.3 6.69
P
0.0218 0.77 2.11
C%
C—共晶点，1148℃ 4.3%C 共晶点—发生共晶反应的点。 共晶反应 — 在一定的温度下，由一定成分的液体同时结 晶出一定成分的两个固相的反应。
共晶反应的产物——共晶体——机械混合物
L（4.3%C）
1148℃
A（2.11%C ）+ Fe3C （6.69%C ）
纯铁
0.01%C铁素体500×
2）奥氏体（A）：碳溶解在γ -Fe中形成的间隙固溶体。 γ -Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃）。 由于γ -Fe一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也 只出现在高温区域内。显微镜观察，奥氏体呈现外形不 规则的颗粒状结构，并有明显的界限。 其 δ =40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗力。是 绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织。 3）渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的稳定化合物。含碳 量为6.69%。 HB=800，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。 显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽。
Fe-Fe3C相图中主要特性点含义见表：
2）Fe-Fe3C相图中特性线：
ACD线—液相线 AC—析出A CD—析出 Fe3C AECF线—固相线 AE—A析出终了线
第三章铁碳合金
第三章铁碳合金众所周知，钢铁材料具有一系列优良的机械性能和工艺性能，是现代工农业生产中应用最普遍的金属材料，它们是以铁和碳作为大体元素的合金，改变其化学成份和工艺条件，就能够够取得不同的组织和性能，从而能知足生产和利用的多种需要。
其大体组元是铁和碳，故统称为铁碳合金。
由于碳的质量分数大于6.69%时，铁碳合金的脆性专门大，已无有效价值。
因此，实际生产中应用的铁碳合金其碳的质量分数均在6.69%以下。
第一节铁碳合金的组元及大体组织一、纯铁Fe是ⅧB族26号元素，具有一系列优良的物理及化学性质，大伙儿都比较熟悉，那个地址就不涉及，只讲铁在晶体结构上的一个性质——多晶型性，即在不同的条件下，铁具有不同的晶体结构，在条件改变时铁会发生同素异构转变。
金属从一种晶格转变成另一种晶格，这种转变称为金属的同素异晶转变。
现以纯铁为例来讲明金属的同素异晶转变进程。
图3-1 纯铁的冷却曲线α，液态纯铁在1538℃时结晶成具有体心立方晶格（b、c、c）的δ-Fe（不同于Fe-晶格尺寸较大）；冷却到1394℃时发生同素异晶转变，由体心立方晶格的δ-Fe转变成面心立方晶格的γ-Fe（f、c、c）；继续冷却到912℃时又发生同素异晶转变，由面心立方晶格的γ-Fe转变成体心立方晶格的α-Fe（b、c、c）。
金属发生同素异晶转变时，必然伴随着原子的从头排列，这种原子的从头排列进程，事实上确实是一个结晶进程，与液态金属结晶进程的不同点在于其是在固态下进行的，但它一样遵循结晶进程中的形核与长大规律。
二、铁素体（Ferrite ）在铁碳合金中，由于含碳量和温度的不同，铁原子和碳原子彼此作用能够形成铁素体、奥氏体和渗碳体等大体相。
碳溶入α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 表示。
铁素体具有体心立方晶格，这种晶格的间隙散布较分散，因其间隙尺寸很小，溶碳能力较差，在727℃时碳的溶解度最大为0.0218%，室温时几乎为零。
铁素体的塑性、韧性专门好（δ=30～50%、a KU =160～200J ／cm 2），但强度、硬度较低(σb =180～280MPa 、σs =100～170MPa 、硬度为50～80HBS)。
铁碳合金
含碳量：0~0.0218%(727 ℃)
B
0~0.0008%(室温) N J
D
温度范围：<912℃
912 ℃
E
C
F
G
力学性能：强度、硬度低；
K
塑性好。
PS 0.0218
工业纯铁——<0.02%C， 冷轧提高强度，得到冷轧板。
0.0008 Q
3、珠光体（P）——和Fe3C形成的机械混合物
相：+ Fe3C两种相组成
含碳量与力学性能的关系（P79）
由图可知： Wc≤1.0%时：随钢中Wc↑，则 其HB、σb↑，δ、ΨAk↓；
当 Wc>1.0%时：σb↓而HB↑。 为什么？
因钢中出现Fe3CⅡ网而导 致钢的σb ↓，但HB ↑
为保证工业用钢应具有 足够的σb 和一定的δ 、Ak ， 故其碳含量一般都不超过
Wc1.3% ~1.4%。
强度≈230×F%+770×P% (MPa)
四、铁碳相图的应用
1、在铸造上的应用 2、在锻造上的应用 3、在热处理上的应用
第三节 碳钢及合金钢概述
一、钢中常存在的杂质元素及其影响 二、钢的分类、编号及应用
一、钢中常存在的杂质元素及其影响
1、Mn 脱氧；减轻S的影响；固溶强化。
2、Si 固溶强化
(3) 区
4个单相区 1条垂直线 7个双相区
铁碳合金中的相
⑴液相L 铁与碳的液溶体。 ⑵δ相 是碳在δ—Fe中的间隙固溶
体，呈体心立方晶格，在1394℃以上 δ 存在，1495℃时溶碳量为0.09%。
⑶α相 是碳在α—Fe中的间隙固溶
δ+L
δ+
L
γ
γ+L
第三章 铁碳合金(二、三)
§3-2铁碳合金的基本组织和性能钢和铁是工业上应用最广泛的金属材料，它们都是铁碳合金。
不同成分的钢和铸铁的组织都不相同，因此，它们的性能和应用也不一样。
铁碳合金中碳原子和铁原子可以有几种不同的结合方式：一种是碳溶于铁中形成固溶体；另一种是碳和铁化合形成化合物；此外，还可以形成由固溶体和化合物组成的混合物。
一、铁素体(F)它是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体(简称α固溶体)。
通常用符号F表示。
晶体结构呈体心立方晶格，碳在α铁中的溶解度极小，随温度的升高略有增加，在室温时的溶解度仅有0.008%，在727℃时最大溶解度为0.0218%。
铁素体的性能几乎与纯铁相同，它的强度和硬度较低，σb=250MPa，HBS=80，塑性和韧性则很高，δ= 50%。
二、奥氏体(A)碳溶解于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体(简称γ固溶体)，通常用符号A表示。
晶体结构呈面心立方晶格。
由于γ铁晶格中间隙较大，因此在727℃时能溶解0.77%碳，在1148℃时的最大溶解度达到2.11%，奥氏体存在于727℃以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。
三、渗碳体(Fe3C)它是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，含碳量为6.69%，其晶胞是八面体，晶格构造十分复杂。
渗碳体的性能很硬很脆，HBW≈800，δ≈0。
渗碳体在钢中主要起强化作用，随着钢中含碳量的增加，渗碳体的数量增多，钢的强度和硬度提高，而塑性下降。
四、珠光体(P)珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，它是由硬的渗碳体片和软的铁素体片层片相间，交错排列而成的组织。
所以其性能介于它们二者之间，强度较高,σb=750MPa ，HBS=180，同时保持着良好的塑性和韧性δ=（20～25）%。
五、莱氏体(L d)奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。
它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。
§3-2 铁碳合金的基本组织与性能
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
一、铁素体（F）
二、奥氏体（A）
三、渗碳体（Fe3C或Cm） 四、珠光体（P） 五、莱氏体（Ld）
一、铁素体（F）
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。
铁素体的晶胞示意图
铁素体的显微组织
铁素体（F）
（1）概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称
有奥氏体和渗碳体； L΄d(低温莱氏体，温度＜7270C) 有珠光体和渗碳体组成。 （3）溶碳能力：C=4.3% （4）性能特点：硬度很高，塑性很差。
小结
1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、 莱氏体 2.铁碳合金三种基本组织：铁素体、渗碳体、奥氏体
3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成
珠光体（P）
（1）概念：是铁素体与碳光体的混合物
（2）符号： P ，是铁素体和渗碳体片层相间,交
替排列。 （3）溶碳能力：在7270C时，C=0.77% （4）性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能， 强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。
五、莱氏体（分为高温莱氏体和低温莱氏体）
（一)、高温莱氏体 1.定义： 液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体 和渗碳体组成的混合物 2.表示符号： Ld 3.存在温度区间： 727℃ ——1148℃ 4.含碳量： 4.3% 5.特点：硬度高，塑性很差。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
渗碳体是含碳量为 6.69％的铁与碳的金属
化合物，其化学式为
Fe3C。
渗碳体的晶胞示意图
渗碳体（Fe3C或Cm）
（ 1 ）概念：含碳量为 6.69% 的铁与碳的金属化合
物。
（2）符号：Fe3C （3）溶碳能力： 复杂的斜方晶体 C=6.69%
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
一、铁素体（F）
二、奥氏体（A）
三、渗碳体（Fe3C或Cm） 四、珠光体（P） 五、莱氏体（Ld）
一、铁素体（F）
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。
铁素体的晶胞示意图
铁素体的显微组织
铁素体（F）
（1）概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称
有奥氏体和渗碳体； L΄d(低温莱氏体，温度＜7270C) 有珠光体和渗碳体组成。 （3）溶碳能力：C=4.3% （4）性能特点：硬度很高，塑性很差。
小结
1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、 莱氏体 2.铁碳合金三种基本组织：铁素体、渗碳体、奥氏体
3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成
珠光体（P）
（1）概念：是铁素体与碳光体的混合物
（2）符号： P ，是铁素体和渗碳体片层相间,交
替排列。 （3）溶碳能力：在7270C时，C=0.77% （4）性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能， 强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。
五、莱氏体（分为高温莱氏体和低温莱氏体）
（一)、高温莱氏体 1.定义： 液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体 和渗碳体组成的混合物 2.表示符号： Ld 3.存在温度区间： 727℃ ——1148℃ 4.含碳量： 4.3% 5.特点：硬度高，塑性很差。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
渗碳体是含碳量为 6.69％的铁与碳的金属
化合物，其化学式为
Fe3C。
渗碳体的晶胞示意图
渗碳体（Fe3C或Cm）
（ 1 ）概念：含碳量为 6.69% 的铁与碳的金属化合
物。
（2）符号：Fe3C （3）溶碳能力： 复杂的斜方晶体 C=6.69%
铁碳合金的基本组织
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢 材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
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7
GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。
ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量2.11 % --6.69%的铁碳合金至此发生共
晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反
生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。
引言： 关于铁碳合金状态图
1、概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下 的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。 又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通 过实验的方法建立起来的。 2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸 造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。
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2
第3章 铁碳合金
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6
第3章 铁碳合金
第三节 铁碳相图的应用
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，
从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
3
第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标
纵坐标：代表温度。
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
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7
GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。
ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量2.11 % --6.69%的铁碳合金至此发生共
晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反
生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。
引言： 关于铁碳合金状态图
1、概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下 的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。 又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通 过实验的方法建立起来的。 2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸 造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。
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2
第3章 铁碳合金
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6
第3章 铁碳合金
第三节 铁碳相图的应用
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，
从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
3
第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标
纵坐标：代表温度。
Fe—C合金的组织和性能
碳在γ－Fe晶格中的位置
奥氏体的显微组织
Fe—C合金中的基本相 －C
（5）铁素体（ferrite） 铁素体（α或 F ）是 C 溶于α－ Fe 形成的间隙固溶体称为 铁素体（ ferrite ）。 C 原子溶于八面体间隙。单相α相在 CPQ 以左部分。铁素体的含碳量非常低，在 727℃时 C 在α－ Fe 中最大溶解量为 0.0218% ，室温下含碳仅为 0.005% ，所以 其性能与纯铁相似：硬度 (HB50-80) 低，塑性 ( 延伸率δ为 30%~50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同。晶粒常呈 多边形。是铁磁性，具有bcc结构。 （6） 石墨（C） 在一些条件下，碳可以以游离态石墨（graphite） (hcp) 稳定相存在。所以石墨对于Fe—C合金中铸铁也是一个基本 相。
5.碳素结构钢的分类和编号
关于钢和铸铁的命名法则，国内和国际上都有强制性标准。 下面给大家介绍一下碳素结构钢的分类和牌号。 一.分类 1.根据钢的含碳量分类 （1）低碳钢 Wc≤0.25% （2）中碳钢 Wc=0.25～0.60% （3）高碳钢 Wc≥0.60% 2.根据钢的质量（钢中含杂质S、P的量）分类 （1） 普通碳素钢 Ws≤0.055% Wp≤0.045% （2） 优质碳素钢 Ws≤0.040% Wp≤0.040% （3） 高级优质碳素钢 Ws≤0.030% Wp≤0.030% 3.根据钢的用途分类 （1）碳素结构钢 （2）碳素工具钢
3. Fe—Fe3C相图分析
如图为Fe—Fe3C相图全貌。根据分析围 绕三条水平线可把Fe—Fe3C相图分解为三个 部分考虑：左上角的包晶部分，右边的共晶 部分，左下角的共析部分。 分析点、 线、区特别是重要的点、三条水平恒温转变 线 、重要的相界线
Fe-Fe3C相图
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——0.0218%
5.显微组织：
铁素体的显微组织
6.特点：
强度、硬度不高
具有良好的塑性与韧性。
二、奥氏体
1.定义：碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体
2.表示符号：A （英文：Austenite）
奥氏体的晶胞示意图
3.存在温度区间：
大于727℃
4.含碳量：
0.0218% ——2.11%
6.69%
5.显微组织：
渗碳体的显微组织
6.特点：
硬度很高 塑性、韧性几乎为零 脆性很大，延伸率接近于零
四、珠光体
1.定义： 奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体 的混合物。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重 叠的层状复相物，也称片状珠光体
2.表示符号：P （英文：pearlite） 3.存在温度区间： 4.含碳量： 0.77% 室温——727℃
渗碳体、珠光体、莱氏体 2.铁碳合金有三种基本组织：铁素体、渗碳 体、奥氏体 3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成 4.组织分类：铁素体、奥氏体为间隙固溶体 渗碳体为金属化合物 珠光体和莱氏体为混合物
5.显微组织：
奥氏体的显微组织
6.特点：
塑性很好
强度较低 具有一定韧性
三、渗碳体
1.定义： 渗碳体是含碳量为
6.69％的铁与碳的金属化合物， 其化学式为Fe3C
2.表示符号：Fe3C 或 Cm （ 英文：Cementite ）
渗碳体的晶胞示意图
3.存在温度区间：
室温——1148℃
4.含碳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：
§3－2 铁碳合金的基本组织与性 能
一、铁素体（F）
二、奥氏体（A）
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
四、珠光体（P）
五、莱氏体（Ld）
一、铁素体
1.表示符号：F （英文：Ferrite ） 2.定义： 碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体
铁素体的晶胞示意图
3.存在温度区间：
室温——912℃
4.含碳量：
5.显微组织：
光学显微镜观察组织
电子显微镜观察组织
6.特点：
力学性能介于铁素体与渗碳体之间 强度较高 硬度适中 塑性和韧性较好
五、莱氏体（分为高温莱氏体和低温莱氏体）
（一） 、 高温莱氏体 1.定义： 液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体 和渗碳体组成的混合物 2.表示符号： Ld （英文：Ledeburite ） 3.存在温度区间： 727℃ ——1148℃
4.含碳量： 4.3%
（二） 、 低温莱氏体
1.定义：
高温莱氏体冷却到727℃以下时，转变 为珠光体和渗碳体的混合物
2.表示符号： Ld’
3.存在温度区间：室温——727℃
4.含碳量： 4.3%
5.显微组织：
低温莱氏体的显微组织
6.特点：
硬度高 塑性很差
小结
1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、